Karakteristik Mata Pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam Pada aspek biologis, IPA mengkaji berbagai persoalan yang berkait dengan berbagai fenomena pada makhluk hidup pada berbagai tingkat organisasi kehidupan dan interaksinya dengan faktor lingkungan, pada dimensi ruang dan waktu. Untuk aspek fisis, sains memfokuskan diri pada benda tak hidup, mulai dari benda tak hidup yang dikenal dalam kehidupan sehari-hari seperti air, tanah, udara, batuan dan logam, sampai dengan benda-benda di luar bumi dalam susunan tata surya dan sistem galaksi di alam semesta. Untuk aspek kimia, sains mengkaji berbagai fenomena/gejala kimia baik pada makhluk hidup maupun pada benda tak hidup yang ada di alam semesta. Ketiga aspek tersebut, ialah aspek biologis (biotis), fisis, dan khemis, dikaji secara simultan sehingga menghasilkan konsep yang utuh yang menggambarkan konsep-konsep dalam bidang kajian IPA. Khusus untuk materi Bumi dan Antariksa dapat dikaji secara lebih dalam dari segi struktur maupun kejadiannya. Dalam penerapannya, Sains juga memiliki peranan penting dalam perkembangan peradaban manusia, baik dalam hal manusia mengembangkan berbagai teknologi yang dipakai untuk menunjang kehidupannya, maupun dalam hal menerapkan konsep IPA dalam kehidupan bermasyarakat, baik aspek politik, ekonomi, sosial, budaya, dan pertahanan-keamanan. Oleh karena itu, struktur IPA juga tidak dapat dilepaskan dari peranan IPA dalam hal tersebut. 1. Struktur Keilmuan IPA Agar peserta didik SMP dapat mempelajari IPA dengan benar, maka IPA harus dikenalkan secara utuh, baik menyangkut objek, persoalan, maupun tingkat organisasi dari benda-benda yang ada di dalam jagat raya. Dimensi objek IPA meliputi: a. Benda-hidup: mencakup (a) Plantae (tumbuhan), (b) Animalium (hewan) termasuk di dalamnya manusia, (c) Fungi (jamur), (d) Protista, (e) Archebacteria, dan (f) Eubacteria b. Benda tak hidup: mencakup (a) bumi (tanah dan batuan, air, dan udara), (b) tata surya, (c) galaksi, dan (d) jagat raya (alam semesta) Berdasarkan tinjauan dari segi dimensi tingkat organisasi benda alam dapat dibuat gradasi mulai dari : (1). Sub-atom (proton, elektron, dan neutron), (2). Atom, (3). Molekul, (4).Unsur, senyawa, dan campuran, (5). Zat dan (6). Benda. Sebagai contoh bendanya berupa pohon, maka dari segi zat pohon tersusun atas zat padat berupa serat, zat cair berupa air dan zat terlarut di dalamnya terkandung juga gas yang terdapat dalam sel maupun antar sel. Dimensi tema/persoalan IPA dapat dikaji dari aspek-aspek berikut (Walde University, 2002:), yaitu: a. Tema/persoalan IPA sebagai proses penemuan (Science as inquiry): menyangkut (a). Penemuan ilmiah dan (b). Metode ilmiah. Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 1
b. Tema/persoalan IPA dari aspek fisika (Physical science) menyangkut: (a). Sifat materi dan perubahan sifat dalam materi, (b). Gerak dan gaya, dan (c). Transfer energi c. Tema/persoalan IPA dari aspek biologi (Living science) menyangkut: (a). Struktur dan fungsi dalam sistem kehidupan, (b). Reproduksi dan Penurunan Sifat, (c). Regulasi dan Tingkah Laku, (d), Populasi dan Ekosistem, (e). Ke ragaman dan Adaptasi organisme. d. Tema/persoalan IPA dari aspek Bumi dan Antariksa (Earth and space science) mengkaji: (a). Struktur sistem bumi, (b). Sejarah Pembentukan Bumi, dan (c). Bumi dan Sistem Tata Surya e. Tema/persoalan IPA hubungannya dengan teknologi (Science and techno-logy) mengkaji (a). Rancangan-rancangan teknologi, (b). Keterkaitan IPA dan teknologi f. Tema/persoalan IPA dari perpektif personal dan sosial (Personal and social perpectives) mengkaji, (a). Kesehatan diri, (b). Populasi, sumber daya, dan lingkungan, (c ). Bencana alam, (d). Resiko dan keuntungan, serta (e). Sains, teknologi, dan masyarakat. g. Tema/persoalan IPA dari sisi sejarah dan hakikat IPA (History and natural of science) mengkaji, (a). IPA sebagai hasil rekadaya/usaha keras manusia, (b). Hakikat IPA sebagai ilmu, dan (c). Sejarah perkembangan IPA sebagai ilmu. Khusus untuk tema/persoalan yang berkait dengan aspek biologi dapat pula didekati dengan apa yang sudah dikembangkan oleh BSCS (BSCS, 1996) yang meliputi : a. Pola-pola evolusi dan produk perubahan (Evolution: patterns and products of change). b. Interaksi dan interdependensi (Interaction and interdependence). c. Penjagaan/pemeliharaan keseimbangan yang dinamik (Maintenance of a dynamic equilibrium). d. Pertumbuhan, perkembangan, diferensiasi (Growth, development, and differentiation). e. Kelangsungan genetik (Genetic continuity) f. Energi, materi dan organisasi (Energy, matter, and organization) g. Ilmu Pengetahuan Alam, teknologi, dan masyarakat (Science, Technology, and Society) Bentley dan Watts (1989) mengemukakan bahwa persoalan atau tema IPA dapat dikaji dari aspek kemampuan yang akan dikembangkan pada diri peserta didik, yakni mencakup aspek mengkomunikasikan konsep secara ilmiah, aspek pengembangan konsep dasar sains, dan pengembangan kesadaran IPA dalam konteks ekonomi dan sosial. Sementara Djohar (2000) mengajukan struktur keilmuan IPA seperti tampak pada gambar 1. Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 2
IPA OBJEK PERSOALAN BENDA HIDUP BENDA TAK HIDUP GEJALA ALAM BENDA KEJADIAN Rekayasa Manusia Mekanisme Terjadi di Pencemaran Kerusakan alam Fisis Khemis Biotis Bumi dan antariksa ILMU LINGKUNGAN FISIKA KIMIA BIOLOGI IPBA TEKNOLOGI Gambar 1. Gambar Sosok IPA 1. (Djohar: 2000) Strukt ur Gambar 1 menunjukkan bahwa kajian IPA untuk SMP jika ditinjau dari dimensi objek, tingkat organisasi, dan tema/peroalannya aspek fisis, kimia, dan biologi, akan banyak sekali jenis kajiannya. Oleh karena itu, agar peserta Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 3
didik SMP dapat mengenal kebulatan IPA sebagai ilmu, maka seluruh tema/persoalan IPA pada berbagai jenis objek dan tingkat organisasinya dapat dijadikan bahan kajian, sepanjang tetap dalam kerangka pengenalan. Dengan kata lain, kajian IPA untuk SMP hendaknya luas untuk memenuhi keutuhannya. Dengan demikian, IPA sebagai mata pelajaran hendaknya diajarkan secara utuh atau terpadu, tidak dipisah-pisahkan antara Biologi, Fisika, Kimia, dan Bumi Antariksa. Selain tidak jelasnya keutuhan konsep IPA sebagai ilmu (karena aspek IPA, teknologi dan masyarakat tidak terlingkupi), juga berat bagi peserta didik SMP karena konsep IPA menjadi kumpulan dari konsep-konsep Biologi ditambah dengan Fisika, Kimia, dan Bumi Antariksa. Hal ini mengingat tingkat berpikir sebagian besar peserta didik SMP masih pada taraf perubahan/transisi dari fase kongkrit ke fase operasi formal. Hanya sebagian kecil peserta didik SMP yang sudah dapat benar-benar pada tataran operasi formal, karena fase formal mulai dicapai oleh anak pada usia 14 tahun, itupun penyelelidikannya dilakukan pada bangsa-bangsa Anglosakson (Carin dan Sund, 1989). 2. Metode dan Sikap Ilmiah Bidang IPA IPA sebagai ilmu terdiri dari produk dan proses. Produk IPA terdiri atas fakta (misalnya: orang menghirup udara dan mengeluarkan udara dari hidungnya, biji kacang hijau muncul hipokotil dan dan epikotilnya dan akan bertambah panjang ukurannya saat ditanam pada kapas yang disiram air), konsep ( misalnya: udara yang dihirup ke dalam paru-paru lebih banyak kandungan oksigennya dibandingkan udara yang dikeluarkan dari paru-paru, logam memuai bila dipanaskan), prinsip (misalnya: kehidupan memerlukan energi, benda tak hidup tidak mengalami pertumbuhan), prosedur (misal, pengamatan, pengukuran, tabulasi data, analisis data) teori, (misalnya: teori evolusi, teori asal mula kehidupan), hukum dan postulat ( misal, hukum Boyle, Archimedes, Postulat Kock). Semua itu merupakan produk yang diperoleh melalui serangkaian proses penemuan ilmiah melalui metoda ilmiah yang didasari oleh sikap ilmiah. Ditinjau dari segi proses, maka IPA memiliki berbagai keterampilan sains, misalnya: (a) mengidentifikasi dan menentukan variabel tetap/bebas dan variabel berubah/tergayut, (b) menentukan apa yang diukur dan diamati, (c) keterampilan mengamati menggunakan sebanyak mungkin indera (tidak hanya indera penglihat), mengumpulkan fakta yang relevan, mencari kesamaan dan perbedaan, mengklasifikasikan, (d) keterampilan dalam menafsirkan hasil pengamatan seperti mencatat secara terpisah setiap jenis pengamatan, dan dapat menghubung-hubungkan hasil pengamatan, (e) keterampilan menemukan suatu pola dalam seri pengamatan, dan keterampilan dalam mencari kesimpulan hasil pengamatan, (f) keterampilan dalam meramalkan apa yang akan terjadi berdasarkan hasil-hasil pengamatan, dan (g) keterampilan menggunakan alat/bahan dan mengapa alat/bahan itu digunakan. Selain itu adalah keterampilan dalam menerapkan Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 4
konsep, baik penerapan konsep dalam situasi baru, menggunakan konsep dalam pengalaman baru untuk menjelaskan apa yang sedang terjadi, maupun dalam menyusun hipotesis. Keterampilan IPA juga menyangkut keterampilan dalam berkomunikasi seperti (a) keterampilan menyusun laporan secara sistematis, (b) menjelaskan hasil percobaan atau pengamatan, (c) cara mendiskusikan hasil percobaan, (d) cara membaca grafik atau tabel, dan (e) keterampilan mengajukan pertanyaan, baik bertanya apa, mengapa dan bagaimana, maupun bertanya untuk meminta penjelasan serta keterampilan mengajukan pertanyaan yang berlatar belakang hipotesis. Jika aspek-aspek proses ilmiah tersebut disusun dalam suatu urutan tertentu dan digunakan untuk memecahkan suatu permasalahan yang dihadapi, maka rangkaian proses ilmiah itu menurut Towle (1989) menjadi suatu metode ilmiah. Rezba dkk. (1995) mendeskripsikan keterampilan proses IPA yang harus dikembangkan pada diri peserta didik mencakup kemampuan yang paling sederhana yaitu mengamati, mengukur sampai dengan kemampuan tertinggi yaitu kemampuan bereksperimen. Secara skematis jalinan kemampuan proses IPA dapat digambarkan pada gambar 2. Menurut Bryce dkk. (1990) keterampilan proses IPA mencakup keterampilan dasar (basic skill) sebagai kemampuan yang terendah, kemudian diikuti dengan keterampilan proses (process skill). Sebagai keterampilan tertinggi adalah keterampilan investigasi (investigation skill). Keterampilan dasar mencakup: (a) melakukan pengamatan (observational skill), (b) mencatat data (recording skill), (c) melakukan pengukuran (measurement skill), (d) mengimplementasikan prosedur (procedural skill), dan (e) mengikuti instruksi (following instructions). Keterampilan proses meliputi: (a) menginferensi (skill of inference) dan (b) menyeleksi berbagai cara/prosedur (selection of procedures). Keterampilan investigasi berupa keterampilan merencanakan dan melaksanakan serta melaporkan hasil investigasi. Keterampilan tersebut juga harus didasari oleh sikap ilmiah seperti sikap antusias, ketekunan, kejujuran, dan sebagainya. Mengingat dari perkembangan mental peserta didik SMP/MTs menurut Piaget (Carin dan Sund, 1989) sebagian besar pada taraf transisi dari fase konkrit ke fase operasi formal, maka diharapkan sudah mulai dilatih untuk mulai mampu berpikir abstrak. Oleh karena itu, pembelajaran IPA di SMP terutama di kelas III hendaknya sudah mengenalkan peserta didik kepada kemampuan untuk mulai melakukan investigasi/ penyelidikan walaupun sifatnya masih sangat sederhana. Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 5
Melaksanakan Penelitian Mengnalisis hasil pengamatan Mendeskripsikan hubungan antar variabel Mengumpulkan & Mengorganisasi data Menyusun grafik Merencanakan penelitian Mendefinisikan variabel secara operasional Menyusun tabel data Menyusun hipotesis Mengidentifikasi variabel Memprediksi Mengklasifikasi Mengukur Mengkomunikasikan Meyimpulkan Mengobservasi Gambar 2. Keterampilan proses IPA yang harus dikembangkan pada peserta didik (Diterjemahkan dari Rezba dkk, (1995: 1) Setidaknya, peserta didik sudah mulai dilatih untuk merencanakan pengamatan/percobaan sederhana, mengidentifikasi variabel, merumuskan hipotesis berdasar pustaka bukan sekedar menurut dugaan yang rasional berdasar logika, mampu melakukan dan melaporkan percobaan/pengamatan Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 6
baik secara tertulis maupun lisan. Jika hal seperti itu dibiasakan maka hasil belajar yang dapat dicapai benar-benar akan memuat unsur kognitif, afektif dan psikomotor. Untuk peserta didik sekolah menengah dalam konteks melakukan penyelidikan/investigasi sederhana, peserta didik seharusnya sudah dilatih bagaimana ia harus mengorganisasi data untuk menjawab pertanyaan, atau bagaimana ia dapat mengorganisasi kejadian-kejadian untuk dijadikan alasan pembenar yang paling kuat. Selain itu, proses IPA juga mencakup kemampuan untuk mengkomunikasikan baik secara tertulis berupa pembuatan tulisan/karangan, pemberian label, menggambar, melengkapi peta konsep, mengembangkan/ melengkapi petunjuk kerja, membuat grafik dan mengkomunikasikan secara lesan kepada orang lain (Walden University, 2000). Menurut DES (Cavendish, at all., 1990) proses IPA untuk sekolah menengah sudah berbeda dengan sekolah dasar, yaitu meliputi: (a) kegiatan melakukan observasi, (b) memilih kegiatan observasi yang relevan dengan investigasi/penyelidikannya untuk dipelajari lebih lanjut, (c) menemukan dan mengidentifikasi pola-pola baru dan menghubungkannya dengan pola-pola yang sudah ada, (d) menyarankan dan menilai penjelasan-penjelasan dari pola-pola yang ada, (e) mendesain dan melaksanakan percobaan, termasuk melakukan berbagai pengukuran untuk menguji pola-pola yang ada, mengkomunikasikan (baik secara verbal, dalam bentuk matematika, atau grafik) dan menginterpretasi tulisan-tulisan dan bahan ajar lainnya, (f) memakai peralatan dengan efektif dan hati-hati, (g) menggunakan pengetahuan untuk melaksanakan investigasi, (h) menggunakan pengetahuannya untuk memecahkan problem-problem yang berkait dengan teknologi. Mengingat demikian luasnya kawasan kajian keilmuan IPA berdasar ragam obyek, ragam tingkat organisasi, dan ragam tema persoalannya, maka dalam membelajarkan peserta didik untuk menguasai IPA bukan pada banyaknya konsep yang harus dihafal, tetapi lebih kepada bagaimana agar peserta didik berlatih menemukan konsep-konsep IPA melalui metode ilmiah dan sikap ilmiah, dan peserta didik dapat melakukan kerja ilmiah, termasuk dalam hal meningkatkan kreativitas dan mengapresisasi nilai-nilai. Model Silabus Ilmu Pengetahuan Alam 7